Electrochemical sugar synthesis from carbon dioxide

二氧化碳电化学合成糖

基本信息

批准号：
22KJ2117
负责人：
田畑裕
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

炭素循環型社会の実現に向けて、CO2資源化技術の開発は喫緊の課題である。資源化の方法としては光や熱を駆動力とした触媒反応、光合成生物の活用など様々なものが挙げられるが、高速かつ低コスト（常温・常圧下）で反応の進行が可能なCO2の電解還元は、その有力な手段の一つとして幅広く研究が行われている。しかし、現状のCO2電解還元で主に得られるのはCOやメタンといった単純なC1～C2化合物（燃料）に限られていた。そこで本研究では、高付加価値で複雑な有機物である糖を、CO2を原料として化学的に合成すること目的とした研究に取り組んだ。CO2からの糖の化学合成は、CO2の電解還元によってホルムアルデヒド（HCHO）を得る反応と、HCHOを基質とする連鎖的なアルドール反応によって糖を合成する化学反応ネットワーク（ホルモース反応）とを統合することで達成される。今年度は特に、後者にあたるホルモース反応の触媒開発に注力した研究を行ってきた。その中で申請者は、タングステン酸ナトリウムやモリブデン酸ナトリウムといった金属オキソ酸塩を触媒として用いた場合に、糖の合成反応が中性条件下で進行することを見出した。また反応機構に関し、ルイス酸と弱ブレンステッド塩基対が協奏的に働くことで反応の進行が促進されていることを、第一原理計算によって明らかにした。さらに、中性条件下での反応進行により、カニッツァロ反応等の副反応による糖の分解が抑制され、従来の塩基性触媒より高選択的に糖生成物が得られることも示された。

为了实现碳循环社会，二氧化碳资源生成技术的发展是一个紧迫的问题。有多种将资源转化为资源的方法，例如光和热量驱动的催化反应，以及光合生物的使用，但是二氧化碳的电解减少，这使得在高速和低成本（在室温下，在正常压力下）进行了反应，作为最有利的手段之一。然而，当前的CO2电解还原主要仅通过简单的C1-C2化合物（燃料）（例如CO和甲烷）实现。因此，在这项研究中，我们使用CO2作为原材料进行了一项旨在化学合成糖的研究，该研究是高价值且复杂的有机物。通过将反应整合到通过二氧化碳和化学反应网络（FOLOSE反应）进行甲醛（HCHO）的反应来实现二氧化碳糖的化学合成，从而通过使用HCHO作为底物通过链式的藻反应来合成糖。今年，我们一直在进行研究，尤其着重于开发后者的催化剂，即Formose反应。其中，申请人发现，当金属氧酸盐（如钨酸钠和钼酸钠）被用作催化剂时，糖合成反应在中性条件下进行。关于反应机制，第一原理计算还澄清了反应的进展是通过刘易斯酸和弱brönsted碱基对的一致作用来促进的。此外，已经表明，在中性条件下的进展抑制了由Canizzarro反应等副反应引起的糖分的分解，并且可以比常规的碱性催化剂更有选择地获得糖产物。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Autocatalytic reaction cycles for non-enzymatic synthesis of life-sustaining sugars in neutral media

在中性介质中非酶促合成维持生命的糖的自催化反应循环

DOI：
10.21203/rs.3.rs-1821046/v2
发表时间：
2022
期刊：
Research Square
影响因子：
0
作者：
Tabata Hiro;Chikatani Genta;Nishijima Hiroaki;Harada Takashi;Miyake Rika;Kato Souichiro;Igarashi Kensuke;Mukouyama Yoshiharu;Shirai Soichi;Waki Minoru;Hase Yoko;Nakanishi Shuji
通讯作者：
Nakanishi Shuji

酸化アルミニウム触媒による中性水溶液中におけるホルムアルデヒドから糖の化学合成

使用氧化铝催化剂在中性水溶液中从甲醛化学合成糖